Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для создания самых разнообразных материалов, однако после того, как огонь хорошенько разгорится, бывает трудно контролировать взаимодействие пламени с обрабатываемым материалом.

Исследователи разработали метод, при котором защитный слой толщиной в молекулу позволяет контролировать взаимодействие тепла пламени с материалом, укрощая огонь и позволяя тонко настраивать характеристики обрабатываемого материала.

Огонь является ценным инженерным инструментом — в конце концов, доменная печь — это всего лишь интенсивный огонь, — говорит Мартин Туо (Martin Thuo), автор-корреспондент статьи о работе и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина.

Однако, как только вы разжигаете огонь, вы часто не можете контролировать его поведение.

В нашей методике, которую мы назвали обратной термической деструкцией или ITD, используется наноразмерная тонкая пленка, нанесенная на исследуемый материал. Тонкая пленка изменяется в зависимости от температуры пожара и регулирует количество кислорода, которое может попасть в материал. Это означает, что мы можем контролировать скорость нагрева материала, что, в свою очередь, влияет на химические реакции, происходящие в нем. По сути, мы можем точно настроить, как и где огонь изменяет материал.

Вот как работает ITD. Вначале вы получаете целевой материал, например целлюлозное волокно. Затем на это волокно наносится слой молекул толщиной в нанометр. Затем волокно с покрытием подвергается воздействию интенсивного пламени. Внешняя поверхность молекул легко сгорает, повышая температуру в непосредственной близости от волокна. Однако внутренняя поверхность молекулярного покрытия химически изменяется, образуя вокруг целлюлозных волокон еще более тонкий слой стекла. Это стекло ограничивает доступ кислорода к волокнам, не позволяя целлюлозе вспыхнуть. Вместо этого волокна тлеют — горят медленно, изнутри.

Без защитного слоя ITD воздействие пламени на целлюлозные волокна привело бы к образованию пепла, — говорит Туо.

С защитным слоем в итоге получаются углеродные трубки.

Мы можем создать защитный слой, чтобы регулировать количество кислорода, поступающего к целевому материалу. А целевой материал можно модифицировать для получения желаемых характеристик.

Исследователи провели демонстрационные испытания с использованием целлюлозных волокон для получения микромасштабных углеродных трубок.

Исследователи могли регулировать толщину стенок углеродных трубок, изменяя размер целлюлозных волокон, которые они использовали вначале; вводя в волокна различные соли (что дополнительно регулирует скорость горения); изменяя количество кислорода, проходящего через защитный слой.

У нас уже есть несколько вариантов применения, которые мы рассмотрим в дальнейших исследованиях, — говорит Туо.

Мы также готовы сотрудничать с частным сектором для поиска различных практических применений, например, разработки углеродных трубок для разделения нефти и воды, что было бы полезно как для промышленного применения, так и для восстановления окружающей среды.

Результаты опубликованы в издании Angewandte Chemie.

14.08.2023


Подписаться в Telegram



Нано

JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»

Когда молекулы облучают инфракрасным светом, о...

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
Nature: Поражение лёгких при COVID долго не проходит из-за реакции иммунитета
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
JACS: Ученые выяснили, как повысить эффективность фотокатализа
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
Nature Communications: Доказана перспективность универсальной вакцины от гриппа
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRC: Ядерная структура титана-48 меняется при наблюдении с разного расстояния
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
PRSBBS: Несколько видов муравьев выработали одинаковые отношения с деревьями
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
В МТУСИ разработали систему отслеживания модели человека во время фитнеса
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Студенты СевГУ предложили способ найти сбежавшую собаку при помощи спутника
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Московский Политех открывает «Книгу будущего» для развития инновационных изданий
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Эффективность светодиодов для дополненной реальности выросла вдвое
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Advanced Materials: Гидрогелевое средство контрацепции сможет лечить эндометриоз
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов
Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Новости компаний, релизы

Московский вуз готовит профессионалов для защиты учебных заведений
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Московский Политех и ведущие российские компании запускают 79 практико-ориентированных образовательных программ
Студенты Университета МИСИС выиграли 2.8 млн рублей в хакатоне «Лидеры цифровой трансформации»
U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред